【sinx的n次方原函数公式】在微积分中,求函数的原函数(即不定积分)是常见的问题之一。对于一些简单的三角函数,如sinx、cosx等,其原函数较为直接,但当指数n增大时,计算sinx的n次方的原函数变得复杂。本文将对sinx的n次方的原函数进行总结,并以表格形式展示不同情况下的公式。
一、基本概念
对于函数 $ f(x) = \sin^n x $,其原函数指的是满足以下关系的函数 $ F(x) $:
$$
F'(x) = \sin^n x
$$
根据n的不同,我们可以将其分为奇数次幂和偶数次幂两种情况。不同的情况下,积分方法和结果也有所不同。
二、sinx的n次方的原函数公式总结
| n | 原函数公式(不定积分) | 说明 |
| 0 | $ x + C $ | $\sin^0 x = 1$,积分即为x |
| 1 | $ -\cos x + C $ | 直接积分公式 |
| 2 | $ \frac{1}{2}x - \frac{1}{4}\sin(2x) + C $ | 利用降幂公式:$\sin^2 x = \frac{1 - \cos(2x)}{2}$ |
| 3 | $ -\cos x + \frac{1}{3}\cos^3 x + C $ | 使用分部积分法或递推公式 |
| 4 | $ \frac{3}{8}x - \frac{1}{4}\sin(2x) + \frac{1}{32}\sin(4x) + C $ | 利用多次降幂和三角恒等式 |
| 5 | $ -\cos x + \frac{2}{3}\cos^3 x - \frac{1}{5}\cos^5 x + C $ | 递推公式或分部积分法 |
| 6 | $ \frac{5}{16}x - \frac{5}{16}\sin(2x) + \frac{1}{16}\sin(4x) - \frac{1}{48}\sin(6x) + C $ | 多次应用降幂公式 |
三、一般性公式与递推方法
对于一般的正整数n,可以使用递推公式来求解:
- 当n为偶数时,通常采用降幂公式,将$\sin^n x$转化为余弦函数的多项式;
- 当n为奇数时,可以通过设$ u = \cos x $,利用换元法进行积分。
具体递推公式如下:
$$
\int \sin^n x \, dx = -\frac{\sin^{n-1} x \cos x}{n} + \frac{n-1}{n} \int \sin^{n-2} x \, dx
$$
该公式适用于所有正整数n ≥ 2。
四、小结
sinx的n次方的原函数在不同n值下有不同的表达方式。通过降幂公式、分部积分法以及递推公式,可以系统地求出其不定积分。在实际应用中,可根据n的奇偶性选择合适的方法,提高计算效率。
注: 以上公式均基于标准三角函数积分规则,适用于实数范围内的x值。
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